KR100243443B1 - Two-part igniter for gas generating compositions - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 따르는 2성분 점화제의 개략도이다.1 is a schematic representation of a two-component igniter according to the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 2성분 점화제 2 : 금속 용기1: two-component ignition agent 2: metal container
3 : 점화 재료 4 : 단일 펠릿3: ignition material 4: single pellet
5 : 개시기 6 : 1차 기체 발생 재료5: initiator 6: primary gas generating material
7 : 팽창 장치 8 : 압축 기체7: expansion device 8: compressed gas
본 발명은 자동차, 탈출 스라이드 슈트(chute), 구명 래프트(raft) 등에 사용되는 보호성 수동 안전 장치(protective passive restraint) 또는 "에어 백"과 같은 장치용 팽창제에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 팽창제에서 사용되는 기체 발생 조성물용 2성분(two-part) 점화제에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to inflators for devices such as protective passive restraints or “air bags” used in automobiles, escape slide chutes, life rafts, and the like. More particularly, the present invention relates to two-part ignition agents for gas generating compositions used in swelling agents.
자동차, 탈출 슬라이드 슈트, 구명 래프트 등에 사용되는 보호성 수동 안전 장치 또는 "에어 백"과 같은 많은 장치는 일반적으로 수축 상태로 저장되고 필요시에 기체에 의해 팽창된다. 이러한 장치는 사람에 매우 가까이 저장되고 사용되는 것이 일반적이므로, 언제나 유효한 고안전성 인자로 설계되어야 한다.Many devices, such as protective passive safety devices or "air bags" used in automobiles, escape slide chutes, life rafts, and the like, are generally stored in a contracted state and inflated by a gas when needed. Such devices are generally stored and used in close proximity to humans and should always be designed with valid high safety factors.
팽창은 일반적으로 가압하에 저장되고, 기체 발생 조성물의 연소에 의해 생성되고 고온 연소 기체 생성물의 첨가에 의해 사용시에 더 가압되고 보충되는 공기, 질소, 이산화탄소, 헬륨 등과 같은 기체의 사용으로 수행된다. 몇몇 경우에, 팽창 기체는 오로지 기체 발생 조성물에 의해 생성된다.Expansion is generally carried out with the use of gases such as air, nitrogen, carbon dioxide, helium and the like which are stored under pressure and are produced by combustion of the gas generating composition and further pressurized and supplemented in use by the addition of hot combustion gas products. In some cases, the expanding gas is produced solely by the gas generating composition.
기체 발생 조성물이 자동차 또는 다른 저장 환경에서 접하게 될 것같은 전형적 온도, 예를 들어 약 100℃ 이하의 온도에서 분해 또는 점화 없이 안전하고 확실하게 저장될 수 있는 것은 명백히 매우 중요하다. 또한, 특히 장치가 자동차의 승객석과 같은 밀폐된 환경에서 사용되는 경우에는, 사용중 발생하는 실질적으로 모든 연소 생성물이 비독성, 비부식성 및 비가연성인 것이 중요하다.It is clearly very important that the gas generating composition can be safely and reliably stored without decomposition or ignition at typical temperatures such as those encountered in automobiles or other storage environments, for example below about 100 ° C. In addition, it is important that substantially all combustion products occurring during use are non-toxic, non-corrosive and non-flammable, especially when the device is used in an enclosed environment such as a passenger seat of an automobile.
자동차에서 사용되는 보호성 수동 안전 장치 또는 "에어 백"용 팽창제에서 기체 발생 조성물을 점화시키기 위한 점화제는 공지되어 있다. 이러한 점화제 자체는 자동차의 감지된 충격에 의해 활성화되는 개시기, 예를 들어 전기 스퀴브(squib)에 의해 점화된다.Ignition agents for igniting gas generating compositions in protective passive safety devices or inflators for "air bags" used in motor vehicles are known. This igniter itself is ignited by an initiator, for example an electric squib, which is activated by the sensed impact of the motor vehicle.
아담스(Adams)등의 미합중국 특허 제 4,561,675호 및 렌젠(Lenzen)의 미합중국 특허 제 4,858,951호에는, 점화제 및 팽창제가 각각 알루미늄 하우징에 함유되어 있는 보호성 수동 안전 장치 또는 "에어 백"용 점화 장치가 개시되어 있다. 상기 특허들 각각에 기술된 바와 같이, 알루미늄의 사용이 중량을 감소시키기 위해 널리 보급되었다. 상기 특허들 각각에 더욱 기술된 바와 같이, 알루미늄 하우징의 사용은 화재시에 접할 수 있는 온도와 같은 고온에 노출될 경우, 알루미늄의 기계적 강도가 저하되는 단점이 있다. 이러한 경우에는, 점화제의 자동 점화 온도가 되었을 때, 알루미늄 하우징이 파열되어 조각 및 파편들을 모든 방향으로 날려 보낸다.In US Pat. No. 4,561,675 to Adams et al. And US Pat. No. 4,858,951 to Lenzen, a protective passive safety device or an ignition device for an "air bag" in which an ignition agent and an expansion agent are contained in an aluminum housing, respectively, Is disclosed. As described in each of the above patents, the use of aluminum has become widespread to reduce weight. As further described in each of the above patents, the use of aluminum housings has the disadvantage that the mechanical strength of aluminum is reduced when exposed to high temperatures such as temperatures encountered in a fire. In this case, when the autoignition temperature of the ignition agent is reached, the aluminum housing ruptures and blows away pieces and debris in all directions.
가열된 알루미늄 하우징에서 점화제 및/또는 기체 발생 조성물이 자동 점화될 때 야기될 수 있는 심각한 피해를 방지하기 위해, 아담스 등의 미합중국 특허 제 4,561,675호 및 렌젠의 미합중국 특허 제 4,858,951호는 낮은 자동 점화 온도를 갖는 점화제를 제공한다. 아담스 등의 특허는 점화 재료와 하우징 쉘 벽의 "친밀한" 열 접촉에 의존한다. 렌젠의 특허는 부스터 재료와 300 ℉ 내지 400 ℉의 온도에서 점화되는 무연 분말인 자동 점화 재료의 균일 혼합물을 이용한다.In order to prevent the serious damage that can occur when the ignition agent and / or the gas generating composition is autoignited in a heated aluminum housing, US Pat. No. 4,561,675 to Adams et al. And US Pat. No. 4,858,951 to Lenzen have a low autoignition temperature. It provides an ignition agent having. Adams et al. Patent relies on "intimate" thermal contact of the ignition material and the housing shell wall. Lenzen's patent utilizes a homogeneous mixture of booster materials and autoignition materials, lead-free powders that are ignited at temperatures between 300 ° F and 400 ° F.
종래 기술이 점화제 및/또는 기체 발생 조성물의 위험하게 높은 자동점화 온도의 문제을 인식하고 다루었다 할지라도, 자동 점화 온도를 낮추는 현재 공지된 조성물은 필요한 저장 온도에서 대규모로 중량이 손실되는 문제가 있으며, 이는 상기 재료들의 필요한 성능에 악영향을 줄 수 있는 열적 불안전성을 지적한다.Although the prior art has recognized and addressed the problem of dangerously high autoignition temperatures of ignition agents and / or gas generating compositions, currently known compositions that lower autoignition temperatures suffer from massive weight loss at the required storage temperatures. This indicates thermal instability that may adversely affect the required performance of the materials.
따라서, 본 발명의 한 목적은 연장된 기간 및 온도 극단에 대해 저장 안정성인 팽창 장치용 점화제를 제공하는 데에 있다.Accordingly, one object of the present invention is to provide an ignition agent for an expansion device that is storage stable over extended periods of time and temperature extremes.
본 발명의 다른 목적은 안전한 자동 점화 온도를 갖는 팽창 장치용 불균일 2성분 점화제를 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide a heterogeneous two-component ignition agent for an expansion device having a safe automatic ignition temperature.
본 발명의 또 다른 목적은 2성분 점화제의 자동 점화 온도를 저하시키는 성분의 단일 결합체(consolidated mass)를 이용하는 팽창 장치용 2성분 점화제를 제공하는 데에 있다.It is a further object of the present invention to provide a two-component igniter for an expansion device that utilizes a consolidated mass of components that lowers the autoignition temperature of the two-component igniter.
본 발명의 또 다른 추가의 목적은 본 발명의 2성분 점화제를 혼입시킨 팽창 장치를 제공하는 데에 있다.It is a still further object of the present invention to provide an expansion device incorporating the bicomponent igniter of the present invention.
본 발명의 또 다른 추가의 목적은 본 발명의 2성분 점화제의 사용을 포함하는 종래의 팽창제에 대한 개량을 제공하는 데에 있다.It is a still further object of the present invention to provide an improvement over conventional swelling agents which includes the use of the two-component igniters of the invention.
본 발명의 또 다른 추가의 목적은 점화제 조성물의 자동 점화 온도를 저하시키는 방법을 제공하는 데에 있다.It is a still further object of the present invention to provide a method for lowering the autoignition temperature of the igniter composition.
하기의 기재에 의해 명백해질 본 발명의 상기 및 기타 목적에 따르면, 본 발명은, 자동 점화 온도(T'ig)를 갖는 점화 재료; 및 2성분 점화제에 T'ig보다 낮은 자동 점화 온도(Tig)를 제공하는 성분의 결합체의 불균일 배합물을 포함하는 2성분 점화제를 제공한다.According to the above and other objects of the present invention to be apparent by the following description, the present invention provides an ignition material having an automatic ignition temperature T 'ig; And a heterogeneous blend of components of the component that provides an autoignition temperature (T ig ) lower than T ' ig to the two-component igniter.
본 발명은 또한, 자동 점화 온도(T'ig)를 갖는 점화 재료; 및 2성분 점화제에 T'ig보다 낮은 자동 점화 온도(Tig)를 제공하는 성분의 결합체의 불균일 배합물인 2성분 점화제를 포함하는 팽창 장치용 팽창제를 제공한다.The invention also provides an ignition material having an automatic ignition temperature T 'ig; And a two-component igniter which is a heterogeneous blend of a component that provides an automatic ignition temperature (T ig ) lower than T ' ig to the two-component igniter.
본 발명은 또한, (i) 생성된 점화제 조성물의 자동 점화 온도를 저하시키는 불꽃(pyrotechnic) 성분 또는, (ii) 생성된 점화제 조성물의 자동 점화 온도를 저하시키는 복합 추진체의 결합체를 점화제 조성물에 제공하는 단계를 포함하는, 팽창 장치용 점화제 조성물의 자동 점화 온도를 저하시키는 방법을 제공한다.The present invention also provides a combination of (i) a pyrotechnic component that lowers the autoignition temperature of the resulting igniter composition, or (ii) a combination of a composite propellant that reduces the autoignition temperature of the resulting igniter composition. It provides a method for lowering the automatic ignition temperature of the ignition agent composition for an expansion device, comprising the step of providing to.
이하, 본 발명을 본 발명의 2성분 점화제가 팽창 장치 중에 단면으로 개략적으로 도시되고 비제한적 예로 제공된 도면과 관련하여 부분적으로 설명한다.The invention will now be explained in part with reference to the drawings, in which the two-component ignition agent of the invention is schematically illustrated in cross section in an expansion device and provided as a non-limiting example.
본 발명은 기체 발생 조성물용 2성분 점화제에 관한 것이다. 본 발명의 2성분 점화제는 공지의 점화제에 비해 특별한 장점이 있으며, 그 장점으로는 2성분 점화제 및 관련 기체 발생 조성물을 수용하는 용기의 기계적 강도가 상당히 저하되는 온도보다 훨씬 낮은 자동 점화 온도, 및 10년 이상의 연장된 기간 동안 약 110℃까지의 주변 온도에서의 저장 안정성이 포함된다. 그 외에, 본 발명의 2성분 점화제는 독성, 부식성, 및 가연성 성분을 함유하지 않은 연소 생성물을 생성시킨다.The present invention relates to a two-component ignition agent for gas generating compositions. The two-component igniters of the present invention have particular advantages over known ignition agents, including the automatic ignition temperature, which is much lower than the temperature at which the mechanical strength of the vessel containing the two-component igniters and associated gas generating compositions is significantly reduced. , And storage stability at ambient temperatures up to about 110 ° C. for extended periods of more than 10 years. In addition, the two-component igniters of the present invention produce combustion products that do not contain toxic, corrosive, and combustible components.
본 발명의 2성분 점화제는 점화 재료와 불꽃 성분 또은 복합 추진제의 불균일 혼합물을 포함한다. 본 발명에서 사용되는 불꽃 성분 및 복합 추진제는 펠릿화되고, 과립화 또는 펠릿화될 수 있는 점화 재료와 친밀하게 접촉된다.The two-component igniter of the present invention comprises a heterogeneous mixture of ignition material and a flame component or composite propellant. The flame component and composite propellant used in the present invention are in intimate contact with an ignition material that can be pelletized, granulated or pelletized.
본 발명의 2성분 점화제는 니트로셀룰로오스를 기재로 한 추진제, 예를 들어, 전형적인 총(gun) 추진제의 사용을 피한다. 종래기술에서는 통상적으로 상기 유형의 추진제가 이용되었지만, 본 발명의 발명자는 상기 추진제가 약 107℃에서 대규모의 중량 손실(20일 후에 약 16%)을 받는다는 것을 측정하였으며, 이는 상기 추진제가 필요한 저장 온도에서 열적으로 불안정함을 확인시켜 준다.The two-component igniters of the present invention avoid the use of propellants based on nitrocellulose, for example typical gun propellants. Although the above type of propellant was conventionally used in the prior art, the inventors of the present invention have determined that the propellant suffers from massive weight loss (about 16% after 20 days), which is the storage temperature required for the propellant. Confirms thermal instability.
본 발명의 2성분 점화제는 모든 공지된 기체 발생 조성물을 점화시키는 데에 이용될 수 있다. 이에 대해, 본 발명의 2성분 점화제는 단순히 공지된 점화제 조성물 또는 점화제 시스템 대신에 2성분 점화제를 대용함으로써 공지된 팽창 장치에 쉽게 혼입될 수 있다. 또한, 2성분 점화제는 연소성 기체 발생 조성물만을 이용하는 팽창 장치 뿐만 아니라 저장된 압축 기체를 이용하는 팽창 장치와 함께 사용될 수 있다.The two-component igniters of the present invention can be used to ignite all known gas generating compositions. In this regard, the two-component igniters of the present invention can be readily incorporated into known expansion devices by simply substituting a two-component igniter instead of a known igniter composition or igniter system. In addition, the two-component igniter can be used with an expansion device using only a combustible gas generating composition as well as an expansion device using a stored compressed gas.
여러 점화 재료가 본 발명의 2성분 점화제에 사용될 수 있지만, 바람직한 점화 재료는 약 10 내지 30 중량%의 붕소, 약 70 내지 90 중량%의 질산 칼륨, 및 나머지 중량%의 임의적 중합체 결합제의 혼합물이다. 점화 재료를 펠릿화시키는 것이 요구되는 경우에는, 임의적 중합체 결합제, 예를 들어 폴리에스테르가 포함된다. 이에 대해, 점화 재료가 펠릿화된 형태 또는 과립 형태로 사용될 수 있음이 주목된다. 과립 또는 펠릿화된 형태 중 어떤 형태로 점화 재료를 이용할 것인지의 선택은 그 응용에 기초한다. 즉, 특정 응용, 예를 들어 제조 동안 특정 점화제 용기에서 원하는 효과를 얻기 위해 더욱 적합한 형태가 원하는대로 적절하게 선택될 수 있다. 점화 재료가 과립 형태로 사용되는 경우에는, 임의적 중합체 결합제 재료는 필요하지도 않고 사용되지도 않는다. 점화 재료의 일반적인 자동 점화 온도는 약 370℃이다.Although several ignition materials can be used in the two-component ignition agent of the present invention, preferred ignition materials are a mixture of about 10 to 30 wt% boron, about 70 to 90 wt% potassium nitrate, and the remaining wt% optional polymer binder. . If it is desired to pellet the ignition material, an optional polymeric binder, for example polyester, is included. In this regard it is noted that the ignition material can be used in pelletized form or in granule form. The choice of whether to use the ignition material in granulated or pelletized form is based on its application. That is, a more suitable form may be appropriately selected as desired to achieve the desired effect in a particular application, for example in a particular igniter container during manufacture. If the ignition material is used in granular form, no optional polymeric binder material is necessary or used. Typical auto ignition temperatures for ignition materials are about 370 ° C.
바람직한 양태에서, 점화 재료는 약 15 내지 25 중량%의 붕소, 약 65 내지 85 중량%의 질산 칼륨 및 임의로 약 3 내지 10 중량%의 통상적인 중합체 결합제를 포함한다. 대표적 양태에서는, 약 18 중량%의 붕소 및 약 82 중량%의 질산 칼륨을 포함하는 과립 형태의 점화 재료가 제조되고, 약 24 중량%의 붕소, 약 70 중량%의 질산 칼륨 및 약 6 중량%의 폴리에스테르 중합체 결합제를 포함하는 펠릿화된 형태가 제조되었다.In a preferred embodiment, the ignition material comprises about 15 to 25 wt% boron, about 65 to 85 wt% potassium nitrate and optionally about 3 to 10 wt% conventional polymeric binder. In an exemplary embodiment, an ignition material in the form of granules is prepared comprising about 18 wt% boron and about 82 wt% potassium nitrate, and about 24 wt% boron, about 70 wt% potassium nitrate and about 6 wt% A pelletized form was prepared comprising the polyester polymer binder.
점화 재료는 불꽃 성분 또는 복합 추진제와 함께 사용된다. 불꽃 성분은 약 60 내지 95 중량%의 산화제, 약 2 내지 40 중량%의 연료 성분, 및 임의적으로 약 20 중량% 이항의 중합체 결합제를 포함한다. 더욱 바람직한 양태에서, 불꽃 성분은 약 70 내지 80 중량%의 산화제, 약 20 내지 25 중량%의 연료 성분, 및 임의적으로 약 2 내지 5 중량%의 중합체 결합제를 포함한다.Ignition materials are used with sparks or complex propellants. The flame component comprises about 60 to 95 weight percent oxidant, about 2 to 40 weight percent fuel component, and optionally about 20 weight percent binary binder. In a more preferred embodiment, the flame component comprises about 70 to 80 weight percent oxidant, about 20 to 25 weight percent fuel component, and optionally about 2 to 5 weight percent polymer binder.
하기에 상세하게 기술되는 이유 때문에, 불꽃 성분 뿐만 아니라 복합 추진제는 펠릿화된 형태인 것이 필요하다. 따라서, 임의적 중합체 결합제는 불꽃 성분 조성물을 펠릿화시키기 위해 필요할 경우에 상기 개시된 양으로 불꽃 성분에 혼입된다.For the reasons described in detail below, the composite propellant as well as the flame component needs to be in pelletized form. Thus, the optional polymeric binder is incorporated into the flame component in the amounts disclosed above as needed to pellet the flame component composition.
불꽃 성분에 사용되는 산화제는 알칼리 금속 염소산염, 또는 배합물 및 알칼리 금속 과염소산염과의 혼합물일 수 있다. 불꽃 성분에 사용되는 바람직한 산화제는 염소산 칼륨, 염소산 나트륨 및 염소산 리튬과 같은 알칼리 금속 염소산염을 포함한다. 일반적으로 단일 산화제가 이용되지만, 상기 산화제 중 하나 초과를 이용하는 것도 본 발명의 범위내이다. 산화제는 최소한 불꽃 성분과 관련된 모든 산화성 물질을 실질적으로 산화시키는 데에 충분한 양으로 존재해야 한다.The oxidant used for the flame component may be an alkali metal chlorate, or a mixture with a combination and an alkali metal perchlorate. Preferred oxidants for the flame component include alkali metal chlorates such as potassium chlorate, sodium chlorate and lithium chlorate. Generally a single oxidant is used, but it is within the scope of the present invention to use more than one of the oxidants. The oxidant should be present at least in an amount sufficient to substantially oxidize all the oxidizing materials associated with the flame component.
불꽃 성분은 다당류와 이것의 유도체의 혼합물을 포함하는 모든 유형의 다당류로부터 선택된 연료 성분을 포함한다. 대표적 다당류로는 덱스트린, 셀룰로오스, 전분 등이 포함된다. 다당류 이외에, 수크로오스가 아닌 락토오스와 같은 이당류가 연료 성분으로서 사용될 수 있다. 글루코오스 및 프룩토오스와 같은 단당류는 허용될 수 없는 반면, 타르타르산과 같은 고융점 히드록시카르복실산 및 이것의 유도체는 허용될 수 있다.The flame component includes a fuel component selected from all types of polysaccharides, including mixtures of polysaccharides and derivatives thereof. Representative polysaccharides include dextrin, cellulose, starch and the like. In addition to polysaccharides, disaccharides such as lactose but not sucrose may be used as fuel component. Monosaccharides such as glucose and fructose are unacceptable, while high melting point hydroxycarboxylic acids such as tartaric acid and derivatives thereof may be acceptable.
상기 설명된 바와 같이, 불꽃 성분의 펠릿화를 가능하게 하기 위해, 필요한 경우, 불꽃 성분에 사용되는 임의적 중합체 결합제가 제공된다. 산화제와 연료 성분의 상대적 양이 혼합물이 중합체 결합제의 첨가 없이 펠릿화될 수 있을 정도라면, 중합체 결합제는 생략될 수 있다. 중합체 결합제가 필요한지의 여부는 산화제 및 연료 성분의 유형 및 상대적 양이 선택되면 쉽게 결정될 수 있다.As explained above, in order to enable the pelletization of the flame component, an optional polymeric binder for the flame component is provided if necessary. If the relative amounts of oxidant and fuel component are such that the mixture can be pelletized without the addition of the polymeric binder, the polymeric binder can be omitted. Whether a polymer binder is required can be readily determined if the type and relative amounts of oxidant and fuel components are selected.
불꽃 성분에 사용될 수 있는 여러가지 임의적 중합체 결합제는 합성수지 및 합성 열가소성 중합체를 포함한다. 대표적 중합체 결합제로는 히드록시 말단 폴리부타디엔(HTPB)을 기재로 한 폴리우레탄, 폴리부타디엔과 아클릴로니트릴의 공중합체(PBAN), 및 카르복시 말단 폴리부타디엔(CTPB)을 기재로 한 폴리에스테르와 같은 폴리부타디엔 기재 중합체가 포함된다. 다른 바람직한 중합체 결합제는 폴리카보네이트, 폴리에스테르 일반, 및 에폭시드를 포함한다.Various optional polymer binders that may be used in the flame component include synthetic resins and synthetic thermoplastic polymers. Representative polymeric binders include polyurethanes based on hydroxy-terminated polybutadiene (HTPB), copolymers of polybutadiene and acrylonitrile (PBAN), and polyesters such as polyesters based on carboxy-terminated polybutadiene (CTPB) Butadiene based polymers are included. Other preferred polymeric binders include polycarbonates, polyester commons, and epoxides.
불꽃 성분 대신에 사용될 수 있는 복합 추진제는 약 50 내지 92 중량%의 산화제, 약 8 내지 40 중량%의 중합체 결합제, 약 40 중량% 이하의 금속 연료 성분, 및 약 0.1 내지 5 중량%의 촉매를 포함한다. 더욱 바람직한 양태에서, 복합 추진제는 약 68 내지 88 중량%의 산화제, 약 8 내지 20 중량%의 중합체 결합제, 약 8 내지 30 중량%의 금속 연료 성분, 및 약 0.2 내지 2 중량%의 촉매를 포함한다.Composite propellants that may be used in place of the flame component include about 50 to 92 weight percent oxidant, about 8 to 40 weight percent polymer binder, up to about 40 weight percent metal fuel component, and about 0.1 to 5 weight percent catalyst do. In a more preferred embodiment, the composite propellant comprises about 68 to 88 weight percent oxidant, about 8 to 20 weight percent polymer binder, about 8 to 30 weight percent metal fuel component, and about 0.2 to 2 weight percent catalyst .
복합 추진제에 사용되는 산화제는 불꽃 성분에 사용되는 산화제와 동일할 수 있다. 알칼리 금속 염소산염 및 알칼리 토금속 염소산염 이외에, 복합 추진제에 사용되는 산화제는 또한 알칼리 금속 과염소산염, 알칼리 토금속 과염소산염 및 암모늄 과염소산염으로부터 선택될 수 있다. 상기 열거된 산화제들의 배합물 및 혼합물이 또한 이용될 수 있다. 여기에서 그리고 상기에서, "배합물"은 포괄적 그룹, 예를 들어 알칼리 금속 과염소산염 중의 하나 초과의 물질을 언급하는 것이고, "혼합물"은 하나 초과의 포괄적 그룹으로부터 선택된 산화제를 언급하는 것이다. 추진제 성분에 사용되는 바람직한 산화제는 과염소산 암모늄, 과염소산 칼륨, 과염소산 나트륨 등과 같은 과염소산염을 포함한다.The oxidant used in the composite propellant may be the same as the oxidant used in the flame component. In addition to alkali metal chlorate and alkaline earth metal chlorate, the oxidant used in the complex propellant may also be selected from alkali metal perchlorate, alkaline earth metal perchlorate and ammonium perchlorate. Combinations and mixtures of the oxidants listed above may also be used. Here and above, "blend" refers to more than one substance of a generic group, for example alkali metal perchlorate, and "mixture" refers to an oxidant selected from more than one generic group. Preferred oxidizing agents used in the propellant component include perchlorates such as ammonium perchlorate, potassium perchlorate, sodium perchlorate and the like.
복합 추진제에 사용되는 중합체 결합제는 불꽃 성분에 사용될 수 있는 상기 열거된 중합체 결합제들로부터 선택될 수 있다. 복합 추진제에 사용되는 바람직한 중합체 결합제로는, 히드록시 말단 폴리부타디엔(HTPB)을 기재로 한 폴리우레탄, 폴리부타디엔과 아크릴로니트릴의 공중합체(PBAN), 및 카르복시 말단 폴리부타디엔(CTPB)을 기재로 한 폴리에스테르가 포함된다.The polymeric binder used in the composite propellant may be selected from the above listed polymeric binders that can be used in the flame component. Preferred polymeric binders used in the composite propellant include polyurethanes based on hydroxy-terminated polybutadiene (HTPB), copolymers of polybutadiene and acrylonitrile (PBAN), and carboxy-terminated polybutadiene (CTPB). One polyester is included.
복합 추진제에 사용되는 금속 연료 성분으로는, 분말 형태로 가연성인 알류미늄, 지르코늄 및 마그네슘 등과 같은 금속이 포함된다. 금속 연료 성분의 작용은 불꽃 온도를 증가시키고, 개선된 점화를 위한 고온 금속 입자를 생성시키는 것이다.Metallic fuel components used in the composite propellant include metals such as aluminum, zirconium and magnesium, which are combustible in powder form. The action of the metal fuel component is to increase the flame temperature and produce hot metal particles for improved ignition.
Tig를 감소시키고 또한 연소를 촉매적으로 가속시키기 위해 촉매가 첨가된다. 바람직한 촉매는 산화철을 포함하며, Fe2O3가 가장 바람직한 산화철이다. Fe2O3가 바람직하지만, FeO 및 Fe3O4도 또한 사용될 수 있다. t-부틸 카토센, 디페로세닐 케톤, 트리페로세닐 포스핀 옥사이드, 트리페로세닐 에탄 및 n-헥실 카르보란과 같은 유기 금속 화합물이 모두 복합 추진제에 촉매로서 사용될 때 자동 점화 온도를 현저히 감소시키는 것으로 발견되었지만, 상기 재료들은 산화철보다 훨씬 더 비싸다. 크롬산염과 같은 다른 중금속 산화물이 또한 적합한 촉매인 것으로 결정되었다.A catalyst is added to reduce T ig and also to catalytically accelerate combustion. Preferred catalysts include iron oxide, with Fe 2 O 3 being the most preferred iron oxide. Fe 2 O 3 is preferred, but FeO and Fe 3 O 4 may also be used. Organometallic compounds such as t-butyl katocene, diferrocenyl ketone, triperocenyl phosphine oxide, triperocenyl ethane and n-hexyl carborane are all believed to significantly reduce autoignition temperatures when used as catalysts in complex propellants. Although found, the materials are much more expensive than iron oxide. Other heavy metal oxides such as chromates have also been determined to be suitable catalysts.
상기 기술된 바와 같이, 점화 재료는 과립 형태 또는 펠릿화 또는 정제 형태로 존재할 수 있다. 그러나, 사용되는 불꽃 성분 및 복합 추진제는 펠릿화된 형태를 갖는 것이 필요하다. 더우기, 2성분 점화제, 즉 점화 재료 및 불꽃 성분 또는 복합 추진제는 서로 직접 또는 친밀히 접촉된 점화 재료와 불꽃 성분 또는 복합 추진제의 불균일 혼합물인 것을 필요로 한다.As described above, the ignition material may be in the form of granules or pelletized or tableted. However, the flame component and composite propellant used need to have a pelletized form. Furthermore, the two-component igniter, ie the ignition material and the flame component or the composite propellant, needs to be a heterogeneous mixture of the ignition material and the flame component or the composite propellant in direct or intimate contact with each other.
2성분 점화제의 자동 점화 온도를 낮추기 위해, 펠릿화된 불꽃 성분 또는 복합 추진제가 가져야 하는 임계 결합 질량이 존재함이 발견되었다. 즉, 불꽃 성분 또는 복합 추진제의 각각의 펠릿은 약 25mg의 최소 중량을 가져야 한다. 바람직하게는, 불꽃 성분 또는 복합 추진제의 각각의 펠릿의 질량은 약 25 내지 100mg이다. 단독으로 사용될 경우, 약 25mg 미만의 펠릿은 2성분 점화제의 자동 점화 온도를 저하시키는 데에 비효과적인 것으로 발견되었다. 100mg 보다 큰 펠릿은 부가적 장점을 제공하지 않으므로, 부가적 재료 질량은 불필요하다.In order to lower the autoignition temperature of the bicomponent igniter, it has been found that there is a critical binding mass that the pelletized flame component or composite propellant must have. That is, each pellet of the flame component or composite propellant should have a minimum weight of about 25 mg. Preferably, the mass of each pellet of the flame component or composite propellant is about 25 to 100 mg. When used alone, less than about 25 mg of pellets have been found to be ineffective in lowering the autoignition temperature of the bicomponent igniter. Pellets larger than 100 mg do not provide additional advantages, so no additional material mass is necessary.
2성분 점화제는 바람직하게는 불꽃 성분 또는 복합 추진제의 단일 펠릿을 사용하도록 고안되었다. 단일 펠릿의 사용이 2성분 점화제의 자동 점화 온도를 저하시키는 데에 충분한 것으로 발견되었다. 더우기, 단일 펠릿의 사용은 최소량의 불꽃 성분 또는 복합 추진제를 이용하고, 팽창 장치를 제조하는 데에 장점을 제공할 수 있다.Binary ignition agents are preferably designed to use a single pellet of a flame component or a complex propellant. It has been found that the use of a single pellet is sufficient to lower the autoignition temperature of the bicomponent igniter. Moreover, the use of a single pellet can use advantages in the manufacture of expansion devices, using a minimum amount of flame or complex propellant.
불꽃 성분 또는 복합 추진제의 질량의 임계성은 하기와 같이 본 발명의 과정 동안 발견되었다. 처음에는, 과립 형태의 175mg의 점화 재료와 과립 형태의 25mg의 불꽃 성분의 균일 혼합물의 자동 점화를 조절하였다. 생성된 균일 혼합물은 260℃에서 자동 점화되지 않았다. 그 후에, 과립 형태의 175mg의 점화 재료와 불꽃 성분의 25mg 단일 펠릿의 불균일 혼합물이 조절되는 자동 점화 시험 동안 186℃에서 자동 점화됨을 발견하였다. 계속해서, 약 25 내지 100mg의 중량을 갖는 단일 펠릿이 단독으로, 허용되는 자동점화 온도, 즉 약 150 내지 약 250℃를 2성분 점화제에 제공하는 데에 충분한 것으로 측정되었다.The criticality of the mass of the flame component or composite propellant was found during the course of the present invention as follows. Initially, automatic ignition of a uniform mixture of 175 mg of ignition material in granule form and 25 mg of spark component in granule form was controlled. The resulting homogeneous mixture did not autoignite at 260 ° C. Subsequently, it was found that a heterogeneous mixture of 175 mg of ignition material in granule form and 25 mg single pellet of flame component was automatically ignited at 186 ° C. during the controlled ignition test. Subsequently, it was determined that a single pellet having a weight of about 25 to 100 mg alone was sufficient to provide an acceptable autoignition temperature, i.
불꽃 성분 또는 복합 추진제의 하나 초과의 펠릿이 2성분 점화제에 이용될 수 있음이 이해되어야 한다. 그러나, 각각의 부가적 펠릿의 임계 질량은 현저히 감소될 수 없다. 따라서, 더 많은 펠릿이 이용되는 경우, 어떠한 특별한 이점 없이, 더 큰 전체 질량의 불꽃 성분 또는 복합 재료가 또한 이용되어야 한다.It should be understood that more than one pellet of a flame component or composite propellant may be used in the two component igniter. However, the critical mass of each additional pellet cannot be significantly reduced. Thus, when more pellets are used, a larger total mass of flame component or composite material must also be used, without any particular advantage.
불꽃 성분 또는 복합 추진제의 펠릿의 질량은 임계적인 것으로 결정 되었지만, 펠릿은 임의의 특정 형태에 제한되지 않는다. 즉, 펠릿은 원하는 바에 따라, 사각형, 구형, 원통형 등일 수 있다. 대표적 양태에서는, 변의 길이가 3 내지 4mm인 입방형 펠릿이 제조되고, 본 발명의 목적을 위해 유용한 것으로 발견되었다.The mass of the pellets of the flame component or composite propellant was determined to be critical, but the pellets are not limited to any particular form. That is, the pellet may be rectangular, spherical, cylindrical, or the like as desired. In an exemplary embodiment, cubic pellets with sides 3 to 4 mm in length have been produced and found useful for the purposes of the present invention.
2성분 점화제에서, 점화 재료 대 불꽃 성분 또는 복합 추진제의 비는 약 1:1 내지 20:1일 수 있으며, 약 3:1 내지 12.5:1의 비가 더욱 바람직하다.In a two-component igniter, the ratio of ignition material to flame component or composite propellant may be about 1: 1 to 20: 1, with a ratio of about 3: 1 to 12.5: 1 being more preferred.
제 1도는 예시를 위해 본 발명에 따르는 2성분 점화제를 개략적으로 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 2성분 점화제(1)는 금속 용기(2), 예를 들어 알루미늄 용기내에 함유되고, 점화 재료(3)와 점화 재료의 자동 점화 온도를 효과적으로 저하시키는 조성물의 단일 펠릿(4)의 불균일 혼합물을 포함한다. 펠릿(4)은 상기에 상세히 설명된 불꽃 성분 또는 복합 추진제를 포함한다. 일반적 사용에 있어서, 2성분 점화제는 공지된 방식으로 감지된 조건하에서 활성화되는 통상적인 전기 스퀴브일 수 있는 개시기(5)에 의해 점화된다. 2성분 점화제(1)가 점화되면, 1차 기체 발생 재료(6)가 점화 되게 되고, 팽창 장치(7)를 팽창시키는 데에 필요한 기체를 제공한다. 1차 기체 발생 재료(6)의 양은 팽창 장치(7)를 팽창시키기 위해 사용되는 모든 기체를 제공하도록 선택될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 다른 방법으로, 1차 기체 발생 재료인 양은 도면에 도시된 바와 같이, 저장된 압축 기체(8)의 공급물을 단순히 보충하고 가열하도록 선택될 수 있다. 또 다른 양태에서는, 점화 재료(3) 자체가 저장된 압축 기체(8)의 공급물을 보충하고 가열하는 데에 충분한 기체를 생성할 수 있다.1 schematically shows a two-component igniter according to the invention for purposes of illustration. As shown in the figure, the bicomponent igniter 1 is contained in a metal container 2, for example an aluminum container, and is a single pellet of the composition which effectively lowers the autoignition temperature of the ignition material 3 and the ignition material. Heterogeneous mixture of (4). The pellet 4 comprises the flame component or composite propellant described in detail above. In general use, the two-component igniter is ignited by an initiator 5 which can be a conventional electric squib activated under conditions sensed in a known manner. When the two-component igniter 1 is ignited, the primary gas generating material 6 is ignited, providing the gas necessary to inflate the expansion device 7. It is to be understood that the amount of primary gas generating material 6 can be selected to provide all the gases used to inflate the expansion device 7. Alternatively, the amount that is the primary gas generating material can be selected to simply replenish and heat the feed of stored compressed gas 8, as shown in the figure. In another embodiment, the ignition material 3 itself can produce enough gas to replenish and heat the stored feed of compressed gas 8.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 2성분 점화제는 모든 공지된 기체 발생 조성물을 점화시키는 데에 이용될 수 있다. 더우기, 본 발명의 2성분 점화제는 단순히 공지된 점화제 조성물 또는 점화제 시스템 대신 2성분 점화제를 대용함으로써 공지된 팽창 장치 내에 쉽게 혼입될 수 있다. 따라서, 제 1도에서, 팽창제 및 팽창 장치의 요소의 상세는 2성분 점화제의 조성물에 관한 본 발명의 완전한 이해를 위해 필요하지 않은 것으로 이해된다.As described above, the two-component igniters of the present invention can be used to ignite all known gas generating compositions. Moreover, the bicomponent igniters of the present invention can be readily incorporated into known inflation devices by simply substituting a bicomponent igniter instead of a known igniter composition or igniter system. Thus, in FIG. 1, it is understood that the details of the swelling agent and the elements of the swelling device are not necessary for a complete understanding of the present invention regarding the composition of the two-component igniter.
이하, 본 발명의 2성분 점화제의 특징 및 특성을 단지 예시를 위해 제공된 하기의 비제한적 실시예와 관련하여 설명한다. 실시예 전반에 걸쳐, 다르게 규정하지 않는 한 백분율은 중량%이다.The features and properties of the two-component ignition agents of the present invention are described below in connection with the following non-limiting examples provided for illustration only. Throughout the examples, the percentages are by weight unless otherwise specified.
[실시예 1]Example 1
본 실시예에서는 몇개의 2성분 점화제 조성물을 시험하여 이들의 자동 점화 온도를 측정하였다.In this example several bicomponent igniter compositions were tested and their autoignition temperatures were measured.
본 실시예의 2성분 점화제 조성물에서, 점화 재료는 "2C 그래뉼(2C Granules)"이고, 이것의 응집 상태는 과립형이고, 그 조성은 18%의 붕소 및 82%의 KNO3이었다. 점화제 재료 대 불꽃 성분 또는 복합 추진제의 중량비는 7:1이었다. 불꽃 성분 또는 복합 추진제의 입방향 펠릿 하나를 과립형 점화 재료와의 불균일 혼합물로 이용하였다. 불꽃 성분과 복합 추진제의 조성을 하기의 표 1에 기재한다.In the two-component igniter composition of this example, the ignition material was "2C Granules", its aggregation state was granular, and its composition was 18% boron and 82% KNO 3 . The weight ratio of igniter material to flame component or composite propellant was 7: 1. One granular pellet of the flame component or composite propellant was used as a heterogeneous mixture with the granular ignition material. The composition of the flame component and the composite propellant is shown in Table 1 below.
표 1의 2개의 복합 추진제 및 생성된 2성분 점화제의 각각의 자동 점화 온도를 비교하면, 금속 염소산염과 다당류의 혼합물을 함유하지 않은 조성물의 자동 점화 온도를 감소시키는 데에 있어서 촉매의 중요성을 알 수 있다.Comparing the autoignition temperatures of each of the two composite propellants of Table 1 and the resulting two-component igniters, the importance of the catalyst in reducing the autoignition temperature of compositions that do not contain a mixture of metal chlorates and polysaccharides is shown. Can be.
[실시예 2]Example 2
본 실시예에서는, 불꽃 성분을 함유하는 2성분 점화제 및 복합 추진제를 함유하는 2성분 점화제의 자동 점화 온도를 비교하였다. 불꽃 성분 및 복합 추진제의 조성을 하기의 표 2에 기재한다. 본 실시예에서, 점화 재료는 2C 그래뉼이고, 불꽃 성분 또는 복합 추진제의 단일 입방형 펠릿을 사용하였다. 각각의 경우에, 700mg의 점화 재료를 각각의 불꽃 성분 및 복합 추진제의 100mg 펠릿과 함께 사용하였다.In this example, the autoignition temperatures of the two-component ignition agent containing the flame component and the two-component ignition agent containing the composite propellant were compared. The composition of the flame component and the composite propellant is shown in Table 2 below. In this example, the ignition material was 2C granules and a single cubic pellet of flame component or composite propellant was used. In each case, 700 mg of ignition material was used with 100 mg pellets of the respective flame component and composite propellant.
본 발명을 특별한 수단, 재료 및 양태와 관련하여 기술하였지만, 상기의 기재로부터 당업자는 본 발명의 본질적 특징을 쉽게 확인할 수 있으며, 특허청구의 범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 여러 용도 및 특징에 부합되도록 여러 변화 및 변형이 이루어질 수 있다.Although the present invention has been described in connection with particular means, materials and embodiments, those skilled in the art can readily identify the essential features of the invention, and various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims. Many changes and modifications may be made to suit the purpose and features.
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